智慧城市背景下的智慧路灯合理性设计

智慧城市背景下的智慧路灯合理性设计

郭清华

37090219740725182X 泰安市城市管理综合服务中心路灯所

摘要：路灯作为城市照明的基础设施，是智慧城市建设的重要组成部分。将普通的路灯设计成能根据环境条件“智慧”地调整亮度，是未来的一个研究方向。为了实现路灯亮度的自动调控及节能的目的。路灯开启数量根据道路上行驶车辆的车速自动调整的思想，人车到则灯亮，人车走则灯灭”的路灯动态控制理念，基于神经网络的路灯光照强度自适应算法，应用模糊ＰＩＤ算法实现路灯的控制。

关键词：智慧城市；智慧路灯；设计

引言

随着智慧城市的发展,城市居民的生活空间越来越丰富。在智慧城市建设中,各种新技术的应用可以确保城市建设更有效率,更适应城市居民对生活质量的要求。智慧城市发展不断推进,智能路灯的设计和应用也在不断更新。

1模糊控制原理

在设计中，路灯的输出光照强度随着周围自然光的改变而缓慢变化，实现实时调整路灯的输出亮度，达到更加人性化及节能的控制效果，但受控路灯的数学模型难以通过系统辨识或者建立自身属性方程实现。模糊控制是以模糊集合论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制技术，可以在缺乏被控对象具体数学模型的前提下实现较好的控制效果。模糊控制方式不需要建立受控对象的数学模型，可以根据模糊规则实现对受控对象的控制。因此，在路灯亮度的控制中，可以采用模糊控制器及模糊控制方法实现路灯亮度随自然光照强度的自动调整。可以看出，模糊控制器共分四部分：模糊化接口、模糊控制规则库、推理机和解模糊接口。模糊化接口的作用是把输入的确定量，依据一定的规则进行模糊化处理，从而得到一个模糊向量并输入到推理机中。模糊控制规则在模糊控制器中是最重要的，是模糊控制器的核心部分，其功能及作用相当于传统控制系统中的校正器，需要通过多次调试，最终得出合适的模糊规则，为推理机提供依据。解模糊化接口的作用是和模糊化接口的作用相反，是将模糊化推理之后输出的模糊值或者结论等效成一个清晰的数值。推理机是根据模糊化接口的输入和制定好的模糊规则，完成最终的推理过程，传递给解模糊化接口，从而实现求解模糊关系，最后获取模糊控制量。

2智慧路灯设计

智能路灯是我们对城市认识的重要组成部分。智能路灯作为新型路灯，实现了城市的实时监控和自动化，满足了不同的道路政策要求，为城市居民提供了更好的照明和节能服务。智能路灯是信息交互的，允许实时监控采用5G技术的街道，以便将数据实时传输到终端。智能路灯具有基本功能，配备报警、数据采集等，可传达智能道路设计。智能路灯的核心是智能管理和智能操作。智能路灯的工作原理是:收集数据、传输数据、从系统平台分析数据、决定单个照明设备的状态，然后返回到单个照明设备以控制照明并实现智能路灯管理。智能城市建设延伸到交通、安全、建设等领域。智能路灯应在智能城市建设中拥有独立的发展系统。

3智慧城市背景下的智慧路灯的应用

3.1智慧路灯节点

智慧路灯节点是整个方案设计的核心部分，可分为数据采集和数据传输两大部分。数据采集部分可以读取路灯当前的电流、电压、亮度、温度、湿度、ＰＭ2.5、有毒气体、光照强度、视频图像，同时可以实现路灯亮度的即时调整。数据传输部分是将采集的数据及视频实现远程传输。无线数据传输采用基于ＩＰＶ６的低速无线个人局域网６ＬｏＷＰＡＮ通信协议。该协议基于ＴＣＰ／ＩＰ网络架构，不必进行任何协议的转换，就可以实现与互联网的无缝对接，简化网络拓扑结构。ＡＲＭ嵌入式处理器采用低功耗、高性能的３２位嵌入式处理器ＳＴＭ３２Ｆ１０３芯片。智慧路灯节点的软件采用Ｃ语言编写，在软件设计过程中，移植了Ｃｏｎｔｉｋｉ操作系统，并基于该操作系统下的用户线程函数的实现进行程序设计。当智慧路灯节点收到上位机操作界面的自动调整指令之后，控制程序将根据采集到的ＰＭ２．５、光照传感器数据、设定的模糊规则，进行路灯亮度的自动调整，实现路灯亮度的智能控制及节能的目的。其中，ＰＭ２．５比较数值的设定是参照空气质量指数标准，当空气污染较重时，可见度降低，打开路灯以提高道路的照明亮度。

3.2建设无线集控网络

智能路灯由光源、传感器等组成。智能路灯具有多种用途,具有不同的功能和不同的性价比。因此,您可以选择合适的路灯产品,以满足您的具体设计要求。在实践中,每个路灯都需要构建一个无线系统,以确保广泛的硬件功能。同时,智能控制软件必须应用于被控硬件。一个大范围的无线网络,通过将命令数据通过无线网络、云平台等传输到控制面板和各种自动化功能的控制机制,实现对安培功能的自动控制,如对路灯点亮、熄灭等功能的控制，实现路灯照明系统的自动控制。

3.3电磁兼容电路

该系统在电源入口端增加了一套完备的电磁兼容电路，可以从电源入口端抑制电磁干扰。具体电路如下：电路输入端依次连接保险丝、压敏电阻、空气放电管、电感、电容以及共模电感电路。电源电路入口接保险丝，起到过载保护的作用；压敏电阻起到雷击浪涌保护作用；电感及X电容衰减了电路中的串模噪声，共模电感及Y电容衰减了电路中的共模噪声。这些设计提高了整个电路的抗干扰能力，从而衰减电网中的脉冲冲击电压，防止其损坏智慧路灯设备的电路，从而保证智慧路灯设备电路能够正常工作。

3.4进行路灯灯杆倾斜预警

传统灯柱没有防护措施，路灯应用效率低下。仅当您加强了在梁电力线上通信的路灯的警告时，才可以解决悬臂坡度问题。通过应用分析姿态传感器数据状态的预警机制，可以对倾斜情况进行预警。各种数据的可靠传输是通过电力线进行的，该电力线全天候监视路灯的运行状态。智能灯笼单元HPLC控制终端的应用使员工能够通过电网向能够接收报警信号的路灯管理终端发送报警信息，从而及时应对危险情况。

3.5电量采集电路

电量采集电路主要负责采集电压、电流以及电量。电量采集模块的设计主芯片采用RN7302，该芯片可提供过压、过流检测以及电压暂降检测，具有7路ADC瞬时同步采样，便于谐波分析。由于本系统为220V单相电压供电，A相电压采样的值为火线和零线的电压，所以设计时将B相和C相电压采样用零欧姆电阻连接到A相电压采样脚，这样可以正确计算电量。电流采样部分为3个外部输出220V的电流值。

3.6智慧路灯系统框架搭建及设计规划

智能灯笼的开发与应用是基于。智能路灯应在智能城市规划的基础上建设和设计。文章采用照明终端、通信系统、计算和网络管理服务器、照明监控端点等进行了开发。照明端提供基本道路照明，例如运输、移民等。通信系统主要负责接收智能路灯数据上传和指挥平台的信号。中央服务器采用数据分析和处理技术统一管理和控制城市照明，并与智能城市监控系统相结合，形成完整的城市智能网。照明监控终端通过监控和数据采集提供对路灯状态的及时反馈，从而为命令调度提供数据归档。

3.7环境数据的采集

以路灯作为环境监测载体并非为了取代气象局设立的环境监测站点，我们的目的是利用路灯的普遍性，以及它的空间资源，能更加实时、精准地了解某一块具体位置的环境状况。因为政府所设的环境监测站点密集度相对不高，监测的是一大片区域的状况，而且通过网络获取信息会有滞后性和延时性。所以相比之下，以路灯建立监测网组能更好监控一块区域的污染情况，也能更加实时调整路灯色温，获取的环境数据也具备独特的价值。

结束语

总之，智能路灯在智能城市的应用可以加快城市化进程。与传统路灯相比，智能路灯的集成程度相对较高，基本上可以节约能源资源，提高智能棒系统的应用效率，完成路灯的遥控，降低照明人员成本。提高路灯的智能化程度，控制在特定地区使用智能路灯的成本，可以保证建设智能城市。

参考文献

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